防烟楼梯间首层扩大前室防烟做法的探讨

蒋梅城 盘智斌 陈明丰

中国轻工业广州工程有限公司

2018 年8 月1 日实施的《建筑防排烟系统技术标准》GB51251-2017 标准[1]（以下简称《标准》）中，对于防烟楼梯间首层扩大前室(合用)的防烟措施，未有单独的明确的规定。在其它楼层前室采用机械加压送风系统的前提下，首层是否一定需要采用机械防烟系统，还是满足条件可以作为一个单独的防烟分区，考虑自然通风。这一点在设计人员、业主、以及各审图公司，均存在不同的看法。本文以一个具体的工程案例为例，来探讨各种方案的优劣和可行性、合理性。

1 设计条件概述

工程概况如下：本工程为某地垃圾发电项目，主厂房/主厂房附屋，占地面积9000 m2，总建筑面积20000 m2，建筑层数为地上1 层局部6 层，地下1 层，建筑高度为47.5 m。钢筋混凝土框排架结构工业建筑，抗震烈度为6 度，二级耐火等级，丁类火灾危险。

主厂房设置消防电梯、防烟楼梯间及合用前室，前室及楼梯间负责的层数为六层(楼梯间按自然层计算层数)，负责的高度为0 m～31.6 m，无地下层。建筑专业根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018 版）[2]（以下简称《防火规》）的6.4.3.6 条设置一层扩大前室。前室平面图详见图1。

图1 首层扩大前室平面图

2 相关规范要求

根据《防火规》8.5.1 的要求，4#楼梯间及合用前室应设置防烟措施。

该防烟楼梯间共有六层，主厂房为高度≤50 m 的工业建筑，楼梯间及前室负担高度为31.6 m。根据《标准》3.1.3 的要求，优先考虑自然通风。

而本工程各层前室（除一层扩大前室）外，均无外墙外窗。不满足3.1.3.1 的要求，因此楼梯间需要设置防烟系统。而参照3.1.3.2 条的要求，当前室加压送风口的布置满足规范要求时，楼梯间可以采用自然通风。自然通风的要求详见3.2.1 条。

本防烟楼梯间一层～三层无外墙，四层～六层有外墙外窗。因此不满足布置间隔不大于三层的要求（每三层就要有一个可开启外窗）。防烟楼梯间应设置机械加压送风系统。

按照《标准》3.1.5 的要求，本工程前室为合用前室，不满足3.1.5.1 条仅在楼梯间设置机械加压送风系统的要求。应按照3.1.5.2 条，前室、楼梯间分别独立设置机械加压送风系统。

以三层8.0 m 为例，其它楼层的平面图参考具体如图2：

图2 其它层前室平面图

3 防烟楼梯间和二～六层合用前室的机械加压送风系统设计

3.1 防烟楼梯间的机械加压送风

3.1.1 防烟楼梯间机械加压送风计算

1）计算依据：《标准》第3.4.5～3.4.8 条

2）计算过程

一～六层，每层楼梯间和前室之间的门尺寸为单开1.0 m×2.2 m，数量为一个。

①门开启时，达到规定风速值所需的送风量（m3/s）：

有：一层内开启门的截面面积Ak=2.2 m2，门洞断面风速v=0.7 m/s，设计疏散门开启的楼层数量N1=3。则：L1=2.2×0.7×3=4.62 m3/s。

②门开启时，规定风速值下的其他门漏风总量（m3/s）：

有：每个疏散门的有效漏风面积A=0.0192 m2，计算漏风量的平均压力差ΔP=6 Pa，指数n=2，漏风门的数量N2=3。则：L2=0.827×0.0192×61/2×1.25×3=0.146 m3/s。

3）计算结果

楼梯间计算加压送风量Lj=L1+L2=4.62+0.146=4.766 m3/s=17157.6 m3/h。

4）校核结果

根据《标准》3.4.2 条规定（表1），由于楼梯间负担高度31.6 m＞24 m，防烟楼梯间应按照上述步骤3 的计算值与表格3.4.2-4 对比，取较大值。用插值法计算楼梯间表格的计算风量为Lj'=25300+[(27500-25300)/(50-24)](31.6-24)=25943.1 m3/h。

表1 加压送风风量计算表

根据表1，本项目楼梯间和前室之间的门全部为单开门，应乘以0.75 的系数。则：Lj''=Lj'×0.75=19457.3 m3/h。

对比Lj和Lj''取较大值，最后的楼梯间计算加压送风量Ljj=max (Lj，Lj'')=max (17157.6，19457.3)=19457.3 m3/h。

楼梯间设计加压送风量Ljs=1.2×L1=1.2×19457.3=23348.8 m3/h。

风机风量选型为24000 m3/h。

3.1.2 防烟楼梯间机械加压送风剖面示意图

根据计算结果以及《标准》3.3.6 及3.3.11 的相关要求，防烟楼梯间的加压送风系统布置剖面示意图如图3 所示。常闭式多叶送风口设置为3 个，间隔为2～3层，送风口风速≯7m/s。外墙上每5 层设置固定窗，总面积不小于2 m2，顶部设置不小于1 m2的固定窗。

图3 加压送风机房布置平面图

3.2 防烟楼梯间前室的机械加压送风

3.2.1 防烟楼梯间前室机械加压送风计算

1）计算依据：《标准》3.4.5～3.4.8 条

2）计算过程

按照着火层及其上下共开启三层的风量计算，最大风量为按照三、四、五层之和考虑。表2 为前室各层门尺寸表。

表2 前室各层门尺寸表

①门开启时，达到规定风速值所需的送风量按式（1）计算。

有：三、四、五层内开启门的截面面积Ak=(1+1.5+1.2)×2.2=8.14 m2，门洞断面风速v=0.7 m/s，设计疏散门开启的楼层数量：N1=3。则：L1=8.14×0.7=5.698 m3/s。

②未开启的常闭送风阀的漏风总量(m3/s)：

有：单个送风阀门尺寸为800 mm×800 mm，截面积Af=0.64 m2；漏风阀门的数量N3=2。则：L3=0.083×0.64×2=0.106 m3/s。

3）计算结果

防烟楼梯间合用前室计算加压送风量：Ls=L1+L3=5.698+0.10624≈5.804 m3/s=20895.3 m3/h。

4）校核结果

根据《标准》3.4.2 条规定，由于楼梯间负担高度31.6 m＞24 m，防烟楼梯间应按照上述步骤3 的计算值与表格3.4.2-4 对比，取较大值。用插值法计算楼梯间表格的计算风量Ls'=24800+[(25800-24800)/(50-24)]×(31.6-24)=25092.3m3/h。

对比Ls和Ls'取较大值，最后的楼梯间合用前室计算加压送风量Lsj=max(Ls，Ls')=max(20895.3，25092.3)=25092.3 m3/h。

楼梯间设计加压送风量Lss=1.2×L1=1.2×25092.3=30110.76 m3/h。

楼梯间前室加压送风风机风量选型则为31000 m3/h。

3.3 防烟楼梯间及前室(二～六层)机械加压送风系统设计

根据上述计算结果，防烟楼梯间及前室（二～六层）分别设置机械加压送风系统。

防烟楼梯间的加压送风机的选型设计风量为24000 m3/h，合用前室（二～六层）的加压送风机的选型设计风量为31000 m3/h。两台机械加压送风的风机设在在四层（16.3m 层）的合用机房内，机房平面布置图见图3。

4 首层合用前室防烟系统设计讨论

4.1 设计方案探讨（首层机械加压送风)

4.1.1 首层扩大前室机械加压送风风量计算以及设计方案

一层采用门厅作为扩大的合用前室，由于门厅通往室外和其它房间的门数量多，且门厅对外的门一般采用高大外门。计算风量有如下两种处理办法：

1）计算首层对外的门

第一种，按照规范，除防烟楼梯间和消防电梯的对前室的门不考虑。而前室其它的外门内门全部考虑。设计风量约为54000 m3/h。

设计方案的考虑：

①一～六层前室合用一套机械加压送风系统：此方案的优点是可以利用原来的防烟机房（面积需要更大），但由于风量与二～五层设计值31000 m3/h 差别较大，如果共用系统，按照一～三层同时开启的情况考虑，风机的风量将达到约75000 m3/h。对应机房的面积、风机的选型、风井的尺寸都要相应增大。且由于一层风量与其它楼层风量相差大，系统的实际运行中风量调节、压差旁通控制难以实现。

②一层和二～六层各自使用一套系统：原有二～六层的机械加压送风方式不变，另外在一层门厅附近设置一个机械加压送风机房，风机按照计算的54000 m3/h 风量选型。单独给一层扩大前室即门厅送风。此方案，优点是系统容易控制，缺点是造价高，机房占用建筑空间。

③第三种方案是一层和二～六层部分合用。根据3.2.1 计算二～六层送风机风量为31000 m3/h，那么考虑二层着火，开启一～三层的情况。按照二层送风量7000 m3/h、三层10000 m3/h 计算，那么风机富余可送给一层的风量为L=31000-7000-10000=14000 m3/h。一层总共需要的风量为54000 m3/h，那么在一层单独设置一个送风机房及风机，风机风量按照L=54000-14000=40000 m3/h 设计和选型（为了便于设计，且其它楼层漏风量很小，影响不大，先不予考虑）。此方案对比方案②，虽然同样需要增加机房，但费用稍有减少。

2）不计算首层对外的门

根据《标准》3.4.5～3.4.8 条文说明：“对于楼梯间来说，其开启门是指前室通向楼梯间的门；对于前室，是指走廊或房间通向前室的门”，并没有将外门包括在内。因此计算的时候，应按照不考虑外门，仅考虑门厅与其它房间或者走道的内门，经计算，设计风量约为24000 m3/h。

设计方案的考虑，因为和二～六层前室加压送风风量相差不大，可以合用一套系统。

这种计算方法存在的问题是：虽然风量可以保证前室对走道和房间的内门风速0.7 m/s 的风量，但是实际火灾时，首层前室外门也是常开的，送风也将大部分无效地涌出外门，此正压送风量无法保证首层前室和房间、走道之间的内门门洞断面风速达到规范要求的风速0.7 m/s[3]。

综上，如一层扩大合用前室必须采用机械加压送风，合用系统不合理，另设加压送风系统（包含机房，风机及管道系统）则既不经济又不合理。

4.2 首层扩大前室自然通风

根据《标准》3.1.2 及条文解释本建筑为高度不超过50 m 的工业建筑，其防烟楼梯间及合用前室可不采取机械加压送风系统，建议采用自然通风。

根据《标准》3.2.2 首层合用前室可采用自然通风方式，可开启外窗的面积不应小于3 m2。本项目自然通风面积满足规范要求。

首层扩大前室本身作为一个独立的防烟分区，与其它楼层的前室完全分隔，仅通过防烟楼梯间联通。单独采用自然通风方式才是安全适用且经济合理的选择。

5 首层前室防烟设计的思考和建议

关于首层前室采用机械加压送风，笔者还有几点思考。

1）先从疏散方向考虑，首层以上疏散是从房间（走道）→前室→楼梯间，压力梯度是25～30 Pa[4]。其中防烟楼梯间压力最大，防止烟气扩散到防烟楼梯间[5]。而对于首层疏散方向则是楼梯间→扩大前室，首层前室是比楼梯间更加安全的地方[5]。换而言之，楼梯间余压大于前室，是为了阻止烟气从前室扩散到楼梯间。对于一层以上的区域，是存在这种合理的要求。那么对于一层，如果是第二层着火，烟气反而是从楼梯间扩散到前室。那么如果设置机械加压送风，继续沿用楼梯间高于前室25～30 Pa 的标准是否合理？是否应该首层前室的压力要高于防烟楼梯间？

2）当采用门厅这样的大空间作为扩大前室时，用门洞的断面风速来保证余压是否合理？是否应该用换气次数法对比取大值更加合理？

3）当首层前室采取自然通风的方案时，楼梯间的送风量是否应该参考《标准》3.4.2 中表格3.4.2-3 前室不送风、防烟楼梯间加压送风的计算风量来取值（对比表格3.4.2-4 楼梯间和前室分别加压送风的计算风量，该风量值更大）？还是按照保证上下三层楼梯和前室之间的门洞风速1 m/s 计算更为合理？

4）建议：《标准》的解读，存在很多不同的理解。由于这本规范的重要性，建议编委是否可以参考《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736，出版《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范宣贯辅导教材》，为规范的理解和解读提供研究和理论支撑。